Riassunto analitico
Questo trattato ha lo scopo di analizzare il comportamento termico dello pneumatico, in particolare come il calore viene generato, si diffonde in tutti i suoi componenti e come le proprietà dello pneumatico cambiano con la temperatura e la velocità di avanzamento. Gli pneumatici sono prodotti compositi, fatti di diverse mescole di gomma, ma anche tessuti e acciaio. Sono responsabili di tutte le forze scambiate tra il veicolo e il suolo, per questo sono cruciali nella dinamica del veicolo. Gli pneumatici trasmettono forze al mozzo della ruota tramite le spalle e il cerchio, mentre generano forze tangenziali all'impronta di contatto per attrito. Sia le proprietà strutturali che di frizione di un materiale polimerico (come la gomma) cambiano in modo significativo con la temperatura e la frequenza di eccitazione, modificando di conseguenza la risposta dello pneumatico. Durante il suo impiego, lo pneumatico genera calore con l'attrito e con la dissipazione di energia dovuta all'isteresi della deformazione ciclica della gomma; scambia calore con l'ambiente per convezione con l'aria e per conduzione con il suolo. La gestione termica dello pneumatico è uno dei temi più rilevanti nel motorsport, ma anche nei veicoli stradali, poiché prevedere la maneggevolezza del veicolo è fondamentale per i sistemi di sicurezza e per la guida autonoma.\\ \indent Negli ultimi tempi, con il crescente interesse per la modellazione dei veicoli e le applicazioni dei simulatori di guida, è importante sviluppare modelli di pneumatici affidabili e realistici, con lo scopo di riprodurre il loro comportamento in tutte le situazioni di impiego. In questa tesi è presentato il comportamento termo-meccanico dello pneumatico sia nelle sue fondamenta fisiche sia nel modo in cui viene modellato. In particolare viene caratterizzata un'estensione di un modello, totalmente integrato con il modello meccanico standard "Magic Formula". Ciò permette di rappresentare l'evoluzione della temperatura e, considerando anche la velocità di avanzamento, modificare di conseguenza la risposta dello pneumatico. Questo modello è alimentato con dati sperimentali, perciò vengono valutati sia test indoor che outdoor. Infine la validazione del modello è stata eseguita anche attraverso sessioni al simulatore di guida DIL.
|
Abstract
This dissertation has the purpose of analyzing tyre thermal behaviour, in particular how heat is generated and diffused within all its components and how tyre properties change with temperature and forward velocity. Tyres are composite products, made of many rubber compounds, but also of fabrics and steel. They are responsible for all forces exchanged between the vehicle and the ground, therefore they are crucial for vehicle dynamics.
Tyres transmit forces from the contact patch to the hub through sidewalls and wheel rim, while tangential forces at the contact patch are generated by friction.
Both structural and frictional properties of a polymeric material (like rubber) change significantly with temperature and excitation frequency, thus changing tyre response. In its operating conditions, tyre generates heat by friction and hysteretic energy loss of rubber cyclic deformation; tyre exchanges heat with the environment mainly by convection and by conduction with the ground. Tyre thermal management is one of the biggest concerns in race cars, but also in road cars, since predicting vehicle handling is fundamental for safety systems and autonomous driving.
Nowadays, with the growing interest in vehicle modeling and driving simulator applications, it is important to develop reliable and realistic models, able to reproduce tyre behaviour in all working conditions.
In this thesis work the physical background and modeling of tyre thermo-mechanical behaviour is described. In particular, a model extension of standard "Magic Formula" mechanical model is characterized to predict tyre temperature and to modify accordingly tyre performance considering also forward speed. This model is fed with experimental data, therefore indoor and outdoor testing are evaluated. Eventually, model validation is performed also with Driver in the loop simulator sessions.
|